[实用新型]使用电子调谐谐振器产生高压射频信号的系统

说明书

一种系统，用于产生驱动频率下的高压射频(RF)信号。该系统包括RF放大器以用于放大具有选定RF频率的驱动信号的电压。经放大的驱动信号用于驱动谐振器以产生RF信号，使得谐振频率与驱动频率相同或基本相同。谐振调谐控制器将驱动频率和谐振频率进行比较。如果谐振频率和驱动频率不同，则控制温度变化元件增加或减少向调谐部件辐射的热量，该调谐部件的谐振参数随温度变化。例如，热量可以改变调谐电容器的电容，从而导致该谐振器的谐振频率的改变。

技术领域

本发明涉及用于产生高压射频信号的系统和方法，并且更具体地涉及调谐谐振频率以使其保持等于或基本上等于驱动频率的系统和方法。

背景技术

某些仪器和产品需要极高电压射频正弦波的精确来源。一个示例是质谱仪，其中高压RF源驱动由多极性(或“多极”)电极组件(诸如多极杆组件)组成的基本上电容性的负载。一个特定示例是四极(或“四线组”)，其由两对杆形成，每一对杆接收RF信号以在四线组内的内部空间中产生RF电场。RF电场将离子聚焦到该空间中心轴线处的离子束中。离子在该空间的一端进入该空间并且沿着中心轴线行进，在该空间的相对端离开。在一些实现方式中，在每个杆对处将DC分量添加到RF信号以提供离子质量带通过滤器。

通常使用振荡器产生高电压以驱动射频功率放大器，该射频功率放大器进而驱动调谐到与振荡器相同频率的高Q值LC谐振器。谐振器放大来自功率放大器的驱动电压以产生必要的高电压。对于运行特定实验的给定仪器，所需频率通常是固定的。然而，振幅必须能够设定在很宽的范围内，例如50V 至8k V_pp(峰-峰振幅)。

由RF放大器驱动的谐振器的使用有利地允许负载的电容有效地作为与谐振器电感谐振的电路电容的大部分工作。这大幅降低了放大器所需的功率 (通常降低一到两个数量级)。

将谐振器与RF放大器一起使用的一个问题是谐振器频率容易漂移。也就是说，谐振器调谐到的频率随时间而变化。这种漂移的结果是谐振器频率不再与振荡器或驱动频率匹配。当谐振器频率不能与驱动频率匹配时，由谐振器提供的电压放大系数减小。放大系数减小导致高压振幅减小，这对于光谱仪操作是有问题的。

使用称为调平回路(leveling loop)的基于反馈的电路可以使振幅保持恒定。本领域技术人员理解的这种常用技术增加了馈送到功率放大器输入端的振荡器信号的振幅。这增加了放大器输出功率以补偿来自失调谐振器的减小的放大系数。只要谐振器频率没有漂移超过约0.5％(该漂移对应于约1％的电容或电感变化)，调平回路就能有效地保持高压振幅恒定。期望在大于1％的范围内处理电容器或电感器谐振变化，而不借助于可能引起其他相关问题的不合理的大型且昂贵的放大器。

基于谐振器的RF驱动器中的频率漂移主要与温度有关。谐振器物理发热或冷却。温度变化可能是仪器部件发热和冷却、谐振器本身耗散功率以及环境空气温度变化的结果。谐振器膨胀和收缩，这导致电感分别增大和减小。谐振频率与电感的平方根成反比变化。还会发生热感应电容变化。

即使非常小心，也不可能完全消除电感和电容随时间的变化。在现有技术中，电感变化被最小化到成本合理的程度，然后经由调平回路和适度超尺寸的功率放大器来处理剩余谐振器频率漂移的影响。

一种解决方案涉及在谐振器附近的质谱仪的壳体中安装一个由现场可编程门阵列控制的变速风扇，以降低温度变化。然而，添加风扇需要提供附加的空间。当风扇在操作期间接通时，可能还需要解决增加的电气噪声和声学噪声。另外，风扇不能消除温度变化；它只能缩小变化的范围。

因此，期望在不需要更大且更昂贵的放大器或者可能将噪声引入系统的机电部件的情况下，最小化或甚至消除频率漂移。

发明内容

为了整体或部分解决上述问题和/或本领域技术人员可能已经观察到的其他问题，本公开文本提供了通过举例的方式在下文陈述的实现方式中描述的方法、过程、系统、设备、仪器和/或装置。